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Chimie quantique

La chimie quantique est l'application de la mécanique quantique aux problèmes de la chimie.

La description du comportement électronique des atomes et des molécules pour expliquer leurs réactivités est une application de la chimie quantique.

Bref historique

Comme les études sur la mécanique quantique sont considérées comme étant à la frontière entre la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles...) et la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien,...), elles ne font donc généralement pas partie de la chimie quantique (La chimie quantique est l'application de la mécanique quantique aux problèmes de la chimie.), mais ce que l'on considère comme le premier calcul de chimie quantique fut fait par les scientifiques allemands Walter Heitler et Fritz London sur la molécule hydrogène en 1927. La méthode de Heitler et London fut étendue aux États-Unis par les chimistes John C. Slater et Linus Pauling pour devenir la méthode « Valence-Bond (VB) » (ou Heitler-London-Slater-Pauling (HLSP)). Dans cette méthode, l'attention est surtout portée sur l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact...) des paires électroniques, et elle corrèle assez bien avec la manière classique de représentation des liaisons chimiques par les chimistes.

Une autre approche développée par Friedrich Hund et Robert S. Mulliken, dans laquelle les électrons sont décrits comme des fonctions mathématiques délocalisées sur l'entier de la molécule. L'approche de Hund-Mulliken plus communément appelée méthode des orbitales moléculaires, même si elle se montre moins intuitive pour les chimistes est celle qui permet le mieux à prédire les propriétes des molécules, et est donc la méthode la plus utilisée de nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du...).

Les équations de la chimie quantique devenant très rapidement trop complexes pour être résolues exactement, il est courant d'en faire une résolution numérique approchée à l'aide de supercalculateurs.

Modèles et approximations utilisés en chimie quantique

  • Description de l'électron par une fonction d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle...)
  • L'approximation de Born-Oppenheimer (L'approximation de Born-Oppenheimer, également connue sous le nom d'approximation adiabatique, est une technique utilisée en chimie quantique.)
  • L'approximation orbitale (Un système chimique (molécules, ions...) est constitué de noyaux et d'électrons. Dans le cadre de l'approximation de...)
  • L'approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de précision et d'exactitude, de quelque chose, mais encore assez significative pour être utile. Bien qu'une approximation soit...) de Slater

Méthodes de calcul

  • Méthode Hartree-Fock
  • Méthode post-Hartree-Fock
  • Méthodes Monte Carlo Quantiques
  • Méthodes semi-empiriques
  • Théorie de la fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en argument. Aujourd'hui, le terme a été...) de la densité

Quelques scientifiques impliqués dans le développement de la chimie quantique:

  • Erich Hückel
  • Rudolph Pariser
  • Robert G. Parr
  • John Pople
  • Henry Eyring
  • Bernard Vidal
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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